Installationssystem i energieffektiva byggnader - Förstudie

Transkript

1 Installationssystem i energieffektiva byggnader - Förstudie Slutrapport, november 2013 Per Kempe, Projektengagemang Projektengagemang Energi & Klimatanalys AB Svenska Byggbranschens Utvecklingsfond Projekt 12541

2 Förord Denna rapport är slutrapport för SBUF-projektet Installationssystem i energieffektiva byggnader - Förstudie, som finansierat av SBUF och Skanska Installation AB. Rapporten omfattar dels egen erfarenhet från felsökningar de senaste 15 åren, men även analyserar av andras problem samt relevant forskning. Projektledare har Per Kempe, Projektengagemang Energi & klimatanalys AB varit och arbetet påbörjades, när Per jobbade på Skanska Installation AB och avslutades, som extern konsult till Skanska på Projektengagemang Energi& Klimatanalys AB. Referensgruppen har bestått av Professor Ivo Martinac, KTH, Installations- och Energisystem och Rolf Kling VVS Företagen. Del av materialet har även presenterats på Passivhus Norden 2013 i Göteborg, okt. Danderyd Per Kempe 2

3 Sammanfattning Energieffektiva byggnader har mycket låga värmeeffektbehov vilket leder till att även små fel och brister märks betydligt mer än i en BBR-byggnad (med max tillåten energianvändning enligt BBR). Dessa små fel och brister kan bero på att man inte är van att ta hänsyn till dessa, då de aspekterna har liten betydelse i en BBR-byggnad. Det finns ett stort behov av att i detalj beskriva, undersöka och analysera vad som händer i installationssystemen och byggnaden, för att ge konsulter och entreprenörer från installations- och byggbranschen ökade kunskaper om installationer i energieffektiva byggnader och dess betydelse för bland annat energiprestandan. I rapporten går jag igenom ett antal aspekter, som har varit del av analyserna av avvikelser under mina 15 år med felsökningar, drift och energioptimeringar samt analyser av andras problembeskrivningar. Välisolerade och lufttäta byggnader har generellt lågt bakgrundsljud, dvs. de är mycket tysta. Ljud från installationerna framträder mer och kan ge klagomål trots att man uppfyller ljudkraven. För att kunna erhålla låga ljudvärden måste fläktarna gå lugnt, lufthastigheten närmast donen vara låg, inga vassa hörn, skruvar, etc. i tilluftskanalsystemet. Vanligtvis önskas ett litet underskott på tilluft, för att erhålla ett undertryck i byggnaderna, vilket minskar risken för att fuktig inneluft läcker ut i klimatskärmen och kondenserar i konstruktionen eller på vindsutrymmen. Vanligtvis har man luftflödesbalansen 0,90 0,95, vilket i exempel i rapporten är 40 l/s i frånluftsflöde och ett tilluftsflöde på l/s. Vid större obalans i ventilationsflödena i ett radhus (tilluftsflöde/frånluftsflöde=70%), ökar värmebehovet i rummen kraftigt. I exemplet i kap med T ute = -15⁰C ökar värmebehovet, pga. kall uteluft läcker in i rummen, med ca 40 % av den installerade värmeeffekten. Om värmesystemet inte är överdimensionerat kommer värmen inte att räcka för att värma upp byggnaden, när det blir kallt ute. Vid luftuppvärmning innebär det att 40 % mer värmeeffekt ska bäras ut med 70 % av projekterat tilluftflöde, vilket gör att temperaturhöjning måste vara dubbelt så stor som projekterat. För en lägenhet i ett större lamellhus med samma specifika lufttäthet som för radhuset kommer inte att få problem med värmeeffektbrist men stora undertryck om man har en lite större obalans på luftflödena, då man har en betydligt mindre totalt läckluftflöde pga. mindre omslutningsarea. Spiskåpor kommer att ge undertryck i lägenheterna om man inte kan få in ersättningsluft och spisfläktar som har betydligt starkare motor och större luftflöde ger stora undertryck i lägenheterna om man inte kan få in ersättningsluft. 3

4 Minimera kanallängderna för avlufts- och uteluftskanalerna annars finns en risk att deras värmeförluster är runt 10 % av den installerade värmeeffekten. Kanalsystem i lägenhet med övertempererad tilluft bör ha ca 50 mm isolering för att värmen skall komma fram till de rum som skall ha värmen. Avfrostningsfunktionen begränsar värmeåtervinningen samt kostar värmeenergi samt gör att man behöver betydligt mer installerad värmeeffekt för att kompensera för den lägre återvinningsgraden när det är kallare än exempelvis -5 ⁰C. I ventilationsaggregat med till- och frånluft med värmeåtervinning, kommer under den kalla årstiden frånluftstemperaturen att sjunka när den passerar värmeåtervinningen och den värme frånluften avger upptas av tilluften som ökar tilluftens temperatur. När då frånluftstemperaturen närmar sig daggpunkten kommer fukt i frånluften börja kondensera i värmeväxlaren och om avluften erhåller en temperatur vid noll är det risk att det fryser i värmeväxlaren. För att undvika att värmeväxlaren blir en isklump finns det olika typer av avfrostningsfunktioner med olika komplexitetsgrad och kostnad. Avfrostningsfunktionen begränsar värmeåtervinningen samt kostar värmeenergi samt gör att man behöver betydligt mer installerad värmeeffekt för att kompensera för den lägre återvinningsgraden när det är kallare än exempelvis -5 ⁰C. Förvärmning av ventilationsluften med en lågtemperad värmekälla, exv. borrhål, reducerar behovet att eftervärma tilluften. Det förkommer att man använder fjärrvärmereturen för att förvärma uteluften, men man får analysera hur det påverkar fjärrvärmekostnaden. Speciell hänsyn till frysrisken måste tas. Frånluftsvärmepumpar ger en bra basproduktion av värmeenergi för värme och varmvatten, för man har hela året tillgång till +20 C frånluft, som kan avkylas till åtminstone +5 C. Hur mycket värmeenergi det blir beror på vilket frånluftsflöde som finns. Energimängden man får ut med FVP är ungefär dubbla mot den varmvattenenergi som behövs för ett år i en bostad. Det är viktigt att värmeåtervinningsbatteriet, vätskekretsen och värmepumpen är dimensionerade för den värmeenergi man kan återvinna ur frånluften. För att minska kostnaden för abonnerad värmeeffekt är det viktigt att analysera hur man kan erhålla en god funktion hos installationssystemen, när det är kallt ute. Distributionsförlusterna beror på fyra saker: temperaturdifferens, arean (rörlängden), isoleringens värmemotstånd på rören och drifttiden. Drifttiden kan reduceras i lokaler där exempelvis komfortkyla endast primärt behövs under kontorstid. 4

5 Erforderlig temperaturnivå på värmesystemet beror på vilken typ av värmesystem som byggnaden har installerat, dvs. ju större värmeavgivande yta värmesystemet har desto lägre framledningstemperatur kan användas. Värmeförluster från VV/VVC-distributionsrör kan minskas med hjälp av arkitekten. Lämpligt placerade kök och badrum ger korta VV/VVC-rördragningar, vilket minskar värmeförlusterna. Lägenhetsvisa fjärrvärmeväxlarcentraler är ett sätt att minska distributionsförluster med mindre mängd distributionsrör i byggnaden, men ökar antalet servicepunkter och värmeförlusterna från fjärrvärmeväxlarcentralen måste analyseras. Enligt remiss på ändring av nya BBR till 2014 skall man vid gemensamt schakt för VV/VVC och KV visa att kallvattnet inte blir uppvärmt till mer än till 23 C när kallvattnet har varit stillastående i 8 timmar. För att analysera detta kan man beräkna uppvärmningsförloppet för en 28 mm kopparrör med 16 C kallvatten i ett schakt som har en temperatur av 26 C. Enligt VVS Företagens Teknikhandbok är kallvattnet mellan 5 C och 18 C. Beräkningsmässigt begränsa kallvattnets uppvärmning till 23 C erfordras 80 mm rörisolering (λ = 0,034), men med en högpresterande rörisolering (λ = 0,023) räcker det med 40 mm. I driftkorten skall de olika delarnas funktion och styrning beskrivas, för att vara underlag vid projekteringen. Vid idrifttagning verifieras de olika funktionerna i driftkorten samt de delar som inte kan testas vid idrifttagningen provas under första året. Om man endast har en energiuppföljning (månadsvärden) på fastighetsmätarna, kan man i efterhand endast konstatera vilken energianvändning man erhöll, men man förstår inte varför. Har man energiuppföljning på den energi som olika delsystem använder kan man se att ett delsystem använder för mycket energi, men troligast inte orsaken. Med en detaljerad energi- och driftuppföljning blir det möjligt att analysera hur olika system fungerar enskilt och tillsammans vilket leder till en djupare kunskap. Med denna som grund kan man ge förslag på hur problem i installationer som försämrar energiprestandan och installationernas funktion kan åtgärdas. 5

6 Innehållsförteckning Förord... 2 Sammanfattning... 3 Innehållsförteckning... 6 Nomenklatur Inledning Energieffektiva installationslösningar i energieffektiva byggnader Ventilation i energieffektiva byggnader Design av tilluftssystem Ljud från tilluftsdon Luftflödesbalans Luftflödesbalansens betydelse i energieffektivt radhus Luftflödesbalansens betydelse för lägenhet i större flerbostadshus Varför kan man erhålla luftflödesobalans Spiskåpa och spisfläkts påverkan på luftflöden och tryck Tryckstyrd ventilation med felaktigt referenstryck Påverkan av luftflödesobalansen Fuktstyrning på mindre ventilationsaggregat med rotor Brandgasspridningens påverkan på dimensioneringen Värmeavgivning från ventilationskanaler Ute- och avluftskanaler Värmeförluster från tilluftskanaler vid luftvärme Installationssystemens funktion när det är kallt ute Mollierdiagram VVX, avfrostning och förvärmning av uteluft Frånluftsvärmepumpar Värmeeffektens betydelse för driftsekonomin Distributionsförlusters betydelse för energianvändningen Uppvärmningssystem

7 5.2 VV- och VVC-förluster Lägenhetsvisa fjärrvärmeväxlare Uppvärmning av stillastående kallvatten i schakt Driftkort och funktionskrav Energi- och driftuppföljning Behov av fortsatt arbete Referenser

8 Nomenklatur Avluft Luften från ventilationsaggregatet vilken lämnar byggnad Tilluft Behandlad uteluft från ventilationsaggregat till rum med tilluftsdon Frånluft Luften från rum med frånluftsdon till ventilationsaggregat Uteluft Uteluften som tas in till ventilationsaggregatet Q till Q från Tilluftsflöde Frånluftsflöde Q läck Vindtrycksdrivet läckluftflöde enligt FEBY12 resp. EN ISO Q 50 q 50 FTX FVP T till T från T ute T avl T evvx EVB FVB VV VVC FEBY BBR-byggnad Lufttäthet vid provtryckning med 50 Pa Specifik lufttäthet vid provtryckning med 50 Pa Fläktstyrda från- och tilluftsflöden med värmeåtervinning Fläktstyrt frånluftsflöde med återvinning ur frånluften med värmepump Tilluftstemperatur Frånluftstemperatur Utomhustemperatur Avluftstemperatur Temperatur efter värmeväxlaren på tilluftssidan Eftervärmningsbatteri Förvärmningsbatteri Varmvatten Varmvattencirkulation Forum för Energieffektiva BYggnader Byggnad med max tillåten energiprestanda enligt BBR 8

9 1 Inledning Syftet med rapporten är att öka kunskapen om hur installationer ska designas och optimeras i hus med låga värmeeffektbehov eftersom aspekter som försummas i BBR-byggnader (med max tillåten energianvändning enligt BBR) kan få stor betydelse i hus med mycket låga värmeeffektbehov. Det finns ett stort behov av att i detalj beskriva, undersöka och analysera vad som händer i installationssystemen och byggnaden. Målet är att ge konsulter och entreprenörer från installations- och byggbranschen ökade kunskaper om installationer i energieffektiva byggnader samt dessas betydelse för bland annat energiprestandan i byggnaderna. Mycket i denna rapport är säkerligen inte nytt för installationskonsulter och installationsentreprenörer, dock är de inte speciellt vana att behöva ta hänsyn till detta. I energieffektiva byggnader, vilket innebär en mycket bra klimatskärm samt litet värmebehov, kan små fel i ventilations- och värmeinstallationer få stora konsekvenser i relation till den installerade värmeeffekten. I BBR-byggnader märks sällan sådana fel eftersom de har en betydligt högre installerad värmeeffekt. Det förekommer i byggbranschen en del missuppfattningar och kunskapsbrister kring hur energieffektiva byggnader/passivhus fungerar installationstekniskt. Detta kan leda till bl.a. brister i inköp av installationsarbeten, bristande upphandlingsunderlag, ej färdiga lösningar, etc. Dessa brister kan sammantaget leda till mindre lyckade installationer och därmed skapa problem med inneklimat, energieffektivitet samt funktion. 9

10 2 Energieffektiva installationslösningar i energieffektiva byggnader Nedan följer förslag på energieffektiva installationslösningar med låga temperaturnivåer och låga distributionsförluster för energieffektiva hus: FTX-system med förvärmning med exempelvis borrhålsvatten och eftervärmning till ⁰C. Förvärmningen spar lite värmeenergi, men främst spar förvärmning värmeeffekt till eftervärmningsbatteriet, när det är som kallast ute därför att ventilationsaggregatets avfrostningsfunktion inte begränsar värmeåtervinningen ur frånluften. Möjlighet finns även till kylning med borrhålsvatten av intagen uteluft till FTX-aggregatet under varma sommardagar. Kylningen av inkommande uteluft ger inte några stora kyleffekter till byggnaden, men man tillför sval tilluft. Temperade golv, golvvärme med liten övertemperatur används till uppvärmning. 1 ⁰C övertemperatur på golvytan ger en värmeeffekt på 11 W/m 2. Temperaturen på värmevattnet beror på golvkonstruktionens uppbyggnad, men är i storleksordningen 26-28⁰C. Golvvärmen skall ha en isolering under (flytande golv), för att begränsa värmeavgivningen nedåt. Alternativt 40/35 radiatorsystem (i stället för 55/45), vilket medför att radiatorerna inte blir alltför små (enkelpaneler som fyller ut utrymmet under fönstren), förinställningsvärdena på radiatorventilerna blir inte för låga, vilket annars kan ge problem med igensatta ventiler, etc. Värmeförlusterna från värmesystemets rörsystem blir ungefär hälften för ett 40/35 system jämfört med ett 55/45 system. Vid lågtemperade värmesystem kan luft i systemet störa funktionen, men problemet reduceras kraftigt om man använder en vakuumavgasare under några veckor i samband med drifttagning. För det lågtempererade värmesystem finns goda möjligheter att använda, värmepump, spillvärme eller annan värmekälla med låg temperaturnivå. Distributionsförluster påverkas av planlösningen. Värmeförluster påverkas av fyra saker: temperaturdifferensen, arean (rörlängden), isoleringens värmemotstånd samt drifttiden för systemet. Den av dessa fyra som i designen kan påverkas mest om man isolerar rören är rörlängden. En viktig del i att minska distributionsförlusterna är att minimera längden på rör och kanaler som har en medietemperatur som avviker från omgivningens. När det gäller påverkan på VV och VVC-systemets rörlängd har arkitekten en stor påverkan via planlösningen. Dvs. placeringen av kök och badrum samt VV/VVC-schaktet ger vilka rörlängder man erhåller på VV/VVC-systemet. 10

11 Det är viktigt i tidiga skeden med samarbete mellan arkitekten och VVS-projektören, för energieffektiv design av VV/VVC-systemet. I några fall när detta inte har fungerat har värmeförlusterna från VVC-systemet blivit mycket stora. Lägenhetsvisa fjärrvärmeväxlarcentraler är ett sätt att minska distributionsförluster med mindre mängd distributionsrör i byggnaden, men samtidigt ökar antalet servicepunkter samt värmeförlusterna från fjärrvärmeväxlarcentralen tillkommer. Slutresultatet beror på har man lyckats värmeisolera de olika delarna i fjärrvärmecentralen, så att man håller ner fjärrvärmecentralens värmeförluster. Risk för övertemperaturer inomhus pga. fjärrvärmecentralens värmeförluster behöver analyseras. Varmvattenproduktion. I energieffektiva bostadsbyggnader står varmvattenproduktionen, för en stor del av byggnadens energianvändning. Det är därför viktigt att producera varmvatten till låg energianvändning samt legionellasäkert under hela året. Skall man använda solfångare, värmepump eller en kombination? Finns fjärrvärme kan det vara svårt att få ekonomi i solvärme- och värmepumpslösningar, då fjärrvärmeleverantörer önskar använda byggnader som värmesänkor under sommarhalvåret och har därför låg energikostnad under sommaren. Drift- och energiuppföljning. Detta är för att synliggöra installationssystemens funktion och energianvändningen. Att endast titta på energimätare en gång i månaden är bara att konstatera vilken energiprestanda man erhöll utan större förståelse varför den blev vad den blev. Utan drift och energiuppföljning är det svårt att verifiera funktionen hos de olika installationssystemen och korrekt drift. Mindre byggnader kan man använda en detaljerad uppföljning första tiden efter drifttagningen för att verifiera de olika systemens funktion, därefter analyseras några nyckeldiagram/tal och när avvikelsen blir större i nyckeldiagram/tal används den detaljerad uppföljning, för att förstå orsaken. Installationssystemens funktion när det är kallare än -5 C. Detta är viktigt för dimensioneringen av värmesystemet, abonnerad värmeeffekt samt köpt energi. Hur går värmepumpen när det är kallt ute? Finns det risk för hög returtemperatur, så att värmepumpen slår ifrån? Är värmepumpen rätt dimensionerad? Hur fungerar avfrostningsfunktionen för ventilationens värmeåtervinning, för att motverka påfrysning? Påverkar den andra installationstekniska system? I kommersiella lokaler med tvåglaskonstruktioners med lågt U-värde, finns ett utetemperaturberoende hos U-värdet, vilket påverkar radiatordimensioneringen. Ex. på U-värdesändringar: T ute = 0 C, U = 1,2 W/m 2 K; T ute = -20 C, U = 1,5 W/m 2 K Funktionen för installationssystemen, när det är kallare än -5 C, blir allt viktigare då kostnaden för abonnerad värmeeffekt ökar hos många fjärrvärmeleverantörer. 11

12 3 Ventilation i energieffektiva byggnader Ventilation i energieffektiva byggnader är främst FTX, fläktstyrda från- och tilluftsflöden med värmeåtervinning, men kan även vara FVP, fläktstyrt frånluftsflöde med återvinning ur frånluften med värmepump. FTX har central förvärmning och tillför filtrerad förvärmd luft, ca +18 C, med ett tilluftssystem till sovrum, vardagsrum, etc. medan en byggnad med FVP tar in uteluften via uteluftsventiler, som har ett filter, kan ha en ljuddämpande insats och värmer upp inkommande uteluften med radiatorn i rummet. FTX-systemens tilluftssystem kräver utrymme för kanalsystemet för att komma fram till sovrum, vardagsrum, etc. Tilluftskanalsystemet i lägenhet kan placeras ovan undertak i hall eller klädkammare alternativt ingjutet i bjälklag. Gjuter man in tilluftskanalerna i bjälklaget kan man endast ha klena kanaler och har mycket begränsat utrymme för värmeisolering av kanalerna, så att man inte påverkar bjälklagets bärförmåga negativt. Missar i design och montage av tilluftssystemet kan ge högre ljudnivåer i sovrum och vardagsrum. Luftflödesobalans kan ge ökat värmeeffektbehov eller större undertryck i lägenheten. Vid luftvärme behöver man ha ca 50 mm isolering på de tilluftskanaler i lägenheten, som har övertempererad tilluft, för att få fram värmeeffekten till de rum som har värmeeffektbehov. I byggnader med FVP-systems måste radiatorerna även vara dimensionerade för att värma den uteluft som man tar in i rummet, vilket betyder att byggnaden med FVP har värmesystem med större radiatorer etc. än en byggnad med FTX-system. I byggnaden med FVPsystem kan de boende skapa inneklimatproblem som härrör uteluftsventilerna med sin möblering, inställning av termostatventil, etc. Exempel på inneklimat problem pga. möblering är att de boende har ställt en hög byrå mot väggen under uteluftsventilen och när det är kallt ute faller uteluften ner mot byrån och styrs ut i rummet/ vistelsezonen där de boende då känner drag. Exempel på kalla golv vid tilluftsradiatorer. Den boende önskar lite svalare i sovrummet än i övriga rum och ställer termostaten några grader lägre i sovrummet, men har sovrumsdörren öppen. Det som händer då är att man får ett luftutbyte mellan sovrummet och övriga rum pga. temperaturskillnad mellan rummen som minskar temperaturdifferensen och radiatorventilen i sovrummet förblir stängd. Det betyder att den uteluft som tas in via sovrummets tilluftsradiator inte förvärms utan faller ner mot golvet och kyler ner golvet närmast radiatorn. I detta kapitel kommer ett antal olika aspekter att belysas omfattande design av tilluftssystem, ljud från tilluftsdon, luftflödesbalans och dess betydelse samt värmeförluster från ventilationskanaler och kalla aggregatdelar. 12

13 3.1 Design av tilluftssystem Välisolerade och lufttäta byggnader har generellt lågt bakgrundsljud, dvs. de är mycket tysta. Detta gör att ljud från installationerna framträder mer och kan ge klagomål trots att man uppfyller ljudkraven. För att minska klagomål på ljud från tilluftsdonen i lägenheter bör man ha lite marginal på ljudkraven. Denna marginal gör att man har möjlighet att klara ljudkraven även om någon del av installationen inte skulle bli optimal. Det är betydligt bättre att vid klagomål kunna verifiera ljudnivån och ha lite marginal än att ligga för högt. För att kunna erhålla låga ljudvärden måste fläktarna gå lugnt, lufthastigheten närmast donen vara låg, inga vassa hörn, skruvar, etc. Tilluftssystemet behöver även vara designat för att begränsa överhörningen mellan lägenheterna. Frånluftssystemet får inte försummans, men det är inte lika känsligt, då ljudkraven i rum med frånluftsdon är högre. Luftflödesbalansen (tilluftsflöde/frånluftsflöde) i byggnader med FTX-system bör vara 0,90 0,95. Därutöver behöver man i flerbostadshus designa ventilationssystemet, för att vid lägenhetsbrand kraftigt begränsa spridningen av brandgaser via kanalsystemet, etc. Kommersiella lokaler har betydligt högre flöden, tryckfall etc. och högre tillåtna ljudnivåer än bostäder, så därför beaktas de inte nedan utan fokus är på tilluftssystemet i bostäder. Ser man på de delarna som närmast berör de boende, dvs. kanalsystemet för tilluft i lägenhet eller radhus bör följande beaktas. Bra omblandning av tilluften som tillförs rummen, dvs. donen behöver ha impuls/ kastlängd, så att man erhåller en medinjektion av rumsluft, tilluften och rumsluften blandar sig med varandra. Men inte för mycket, så att kastlängden blir för lång och man riskerar att få drag i vistelsezonen. Medinjektion av rumsluft i tilluften kan medföra att damm från rumsluften sätter sig på tilluftsdonet, taket och/eller väggen närmast donet. Design och injustering av tilluftssystem med åtminstone 25 Pa tryckfall över tilluftsdonen, vilket ger auktoritet åt tilluftsdonen, stabilare system samt luftflödena kan mätas noggrannare. Dock måste man välja tilluftsdon med låga ljudvärden trots att man har impuls, kastlängd och tryckfall. Frånluftsdonen kan ha högre tryckfall. Lufthastigheten i tilluftssystemet närmast donen skall vara lägre än 2 m/s, för att minska risken för luftflödesljud. Vidare får man högre ljudnivåer från många typer av tilluftsdon om man inte har en raksträcka på åtminstone 3-4 kanaldiametrar före tilluftsdonet. (Sned hastighetsprofil/turbulens). 13

14 Minimera vassa kanter, skruvhuvuden etc., annars kan man få ljudproblem. I figur 1, sid 15, visas mätningar som verifierar 9 db(a) ljudökning pga. en plåtskruv, som fixerade don i kanalände. Tilluftssystemet skall dras innanför klimatskärmen, för annars kommer man att ha stora värmeförluster (ökat effektbehov) och speciellt vid övertemperad tilluft. Använder man övertempererad tilluft för uppvärmning, bör man ha åtminstone 50 mm isolering på tilluftskanalsystemet med övertempererad luft, för att begränsa temperaturfallet på den övertemperade tilluften. Dvs. tillse att värmeeffekten avges på rätt plats i lägenheten. Tilluftssystemet med isolering kräver mer utrymme. Exv. när man drar tilluftssystemet ovan undertak i hallen så tar isolering 2*50mm extra i höjd och korsar en frånluftskanal, så krävs ytterligare höjd. Använder man luftvärme måste man tänka på att värmebehovet i de olika rummen är dimensionerande för tilluftsflödet. Detta tilluftsflöde skiljer från luftflödet man behöver ha av hygienska skäl. Vilket kan betyda att man måste ha ett tilluftsdon i köket. Variation i temperaturerna mellan rummen kommer att erhållas när lägenheternas eftervärmare styrs av centralt placerad temperaturgivare. Önskar man rumsvis styra temperaturen behöver eftervärmaren och dess styrning delas upp på varje rum. Det finns tilluftsdon med elektriska eftervärmare, som styr på rumstermostat. 14

15 3.2 Ljud från tilluftsdon Det är viktigt att välja tilluftsdon med omsorg, hålla låga lufthastigheter i kanalsystemet närmast före tilluftsdon och undvika vassa kanter, skruvhuvuden etc., vilka kan ge ljudproblem. Se figur 1, nedan, som visar uppmätta ljudnivåer med och utan störande plåtskruv. När ljudmätningar utfördes i provlägenhet erhölls 23 db(a) i sovrum 1, men i sovrum 2 erhölls 32 db(a), som har samma storlek och luftflöde. Då tilluftsdonets frontplåt demonterades kunde en plåtskruv ses, vilken fixerat donet i kanaländen. Orsaken till denna plåtskruv var att förstärkningar i väggen för montage av donen saknades, så montageskruvarna fick inte fäste. Plåtskruven demonterades och ljudmätningen gjordes om. Den nya ljudmätningen i sovrum 2 gav 23 db(a) samma som i sovrum 1. Figur 1 Ljudmätning på tilluftsdon i provlägenhet, som först gav 32dB(A) pga. en skruv som ventilationsentreprenören fixerat donet med (Markerad med röd pil). När skruven demonterades blev det 23 db(a), som i sovrummet bredvid. Trots att man har försökt att få ner ljudnivån från tilluftsdonet till mycket låga ljudnivåer kan ett litet flödesljud kvarstå som vissa uppfattar som störande speciellt i sovrum på natten när omgivningen är mycket tyst. Detta lilla flödesljud skiftar mellan olika konstruktioner av don. Exempelvis tilluftsdon med perforerade frontplåt med olika hålstorlek och flödesriktning, tilluftsdon med olika stora spalter och riktning, etc. För att erhålla låga ljudnivåer från tilluftsdonet är följande aspekter viktiga: val av tilluftsdon med låga ljudvärden design av tilluftssystemet närmast före tilluftsdonet montaget av tilluftsdonet 15

16 Olika typer av don är olika känsliga för hur hastighetsprofil och turbulens på luften i kanalsystemet närmast före tilluftsdonet. När tilluften med sned hastighetsprofil och turbulens går genom tilluftsdonet påverkas egenljudsalstringen. Det är svårt från redovisade katalogdata göra en verklighetsnära beräkning av ljudet. Det gör det inte enklare när olika tilluftsdon är redovisade på olika sätt även från samma tillverkare. Det är möjligt att mätstandarder för bostadsdon behöver kompletteras för att ge bättre och mer relevant information för tilluftsdon till tysta och energieffektiva byggnader med mycket låga bakgrundsnivåer. Så det finns bättre möjlighet att designa och bygga ventilationssystem med mycket låga ljudnivåer. Även om det inte finns formella krav på överhörning mellan rum inom lägenhet är det viktigt med viss begränsning av överhörningen via tilluftssystemet, för kundnöjdheten. 16

17 3.3 Luftflödesbalans Luftflödesbalansen (tilluftsflöde/frånluftsflöde) har betydelse för energieffektiva byggnaders energiprestanda och tryckförhållanden, vilket analyseras i kapitel Formfaktorns betydelse för luftflödesbalansens betydelse visas i kapitel 3.3.1, radhus med formfaktor = 3 och i kapitel lägenhet i större lamellhus med formfaktor = 0,5. Detta visar luftflödesbalansens betydelse i två hus med samma specifika täthet q 50, men olika formfaktorer. I kapitel är en diskussion om varför man kan erhålla luftflödesobalans, i kapitlet visar spiskåpors/ spisfläktars påverkan på luftflödena, kapitel tryckstyrd ventilation med felaktigt referenstryck, kapitel om påverkan av luftflödesobalansen samt kapitel om fuktstyrning på mindre ventilationsaggregat med rotor Luftflödesbalansens betydelse i energieffektivt radhus Exemplet bygger på ett verkligt provtryckningsprotokoll för ett radhus med ett specifikt läckluftflöde vid 50 Pa, q 50 = 0.09 l/s,m 2 med det totala läckluftflöde, Q 50 = 27 l/s. Jämfört med beräkningar enligt FEBY12 krav, q 50 = 0,30 l/s,m 2 vilket ger Q 50 = 90 l/s. I beräkningarna nedan är frånluftsflödet 40 l/s och tilluftsflödet varierar från 28 l/s till 40 l/s för att analysera dess betydelse. Detta motsvarar luftflödesbalans mellan 70 % och 100 %. Figur 2 Principskiss på radhuslägenhet med Tilluftsflödet Q till, Frånluftsflödet Q från samt Läckflödena Q från -Q till.pga. luftflödesobalans och det vinddrivna läckflödet, Q läck enligt ekv 2, sid

18 I FEBY12 bilaga 2 och EN ISO 13789, Annex C finns redovisat hur man ska beräkna värmeförlusttal ekv.[1] i dess olika delar och en ekvation är även given för att beräkna läckluftflödet genom klimatskärmen ekv.[2], Q läck, på grund av de tryckdifferenser över klimatskärmen (vägg/tak/ ), som vindtrycket skapar. ν i ekv [1] är systemverkningsgrad för ventilationen och innehåller bl.a. luftflödesbalansen. Figur 3 nedan redovisar hur Q läck varierar med tilluftsflödet, för de två lufttäthetsnivåerna. Vid fullständig balans mellan till- och frånluftsflödena erhålls Q läck = 1,9 l/s för lufttätheten 0,09 l/sm 2 (27 l/s) och 6,3 l/s vid lufttätheten 0,30 l/sm 2 (90 l/s). Vid en normal luftflödesbalans, 0,90-0,95, blir Q läck = 0,3 0,9 l/s respektive 4,4 5,7 l/s. [1] [2] Figur 3 Läckluftflöde (enligt ekv.2) vid olika täthet och luftflödesbalans Obalansen mellan till- och frånluftflöden skapar en tryckdifferens och ett luftflöde genom klimatskärmen, som inte är Q läck,enligt ekv. [2] exemplifierat i figur 3 ovan. 18

19 Provtryckningsprotokollet används till att beräkna tryckdifferens (undertryck i byggnaden) pga. obalansen mellan till- och frånluftflödena. För att analysera tryckdifferensen eventuella påverkan på luftflödena används ventilationsaggregatets fläktkurvor. Figur 4 redovisar luftflödesobalansens påverkan på trycket i byggnaden utgående från provtryckningsprotokollet. Vid det specifika täthetskravet enligt FEBY12 q 50 = 0.30 l/sm 2 (Q 50 = 90 l/s), ger endast ett litet under- respektive övertryck, men för tätheten 0,09 l/sm 2 får man ett undertryck på Pa vid en luftflödesbalans på 70 %, vilket beroende på fläktkurva kan påverka luftflödena något. Figur 4 Luftflödesobalansens påverkan på över- respektive undertryck i byggnad/ lägenhet. (Exponenten från provtryckningsprotokollet är använd för att rita upp diagrammet.) Figur 5 redovisar hur under- eller övertryck kan påverka luftflödena i ett FTX-system. Övereller undertryck i en byggnad parallellförskjuter systemkurvan i fläktdiagrammet. Om detta ger en flödesförändring beror på hur fläktkurvan ser ut vid arbetspunkten (skärningen mellan fläktkurva och systemkurva). 19

20 Fläktkurvan ser olika ut för olika typer av fläkthjul, men generellt kan man säga om tryckändring i lägenheten eller byggnaden är liten i förhållande till tryckuppsättningen på fläkten får den liten eller ingen betydelse för luftflödena. I figur 5 är det inlagt två kurvor för ett under- respektive övertryck i byggnaden på 10 Pa. (Systemkurva ). Där ser vi att flödesförändringen på fläktkurva X eller Y är liten om trycket i lägenheten blir Pa. Figur 5 Exempel på fläkt- och systemkurvor för att utvärdera hur ett under- eller övertryck påverkar luftflödena i ventilationssystemet. Den luft som läcker in eller ut genom klimatskärmen, för att kompensera för luftflödesobalansen mellan till- och frånluft, Q från - Q till i Figur 2, sid 17, ger upphov till effektbehov i rummen, där uteluften läcker in. Beräkningar på storleksordningen av dessa effektbehov redovisas i tabell 1 på sid 21. För att ta hänsyn till vad som händer i ventilationsaggregat görs en teoretisk beräkning av temperturer kring värmeväxlaren (motströms), återvunnen värme (VÅV), eftervärmningsbehov (EVB) till 19 ⁰C samt ökat effektbehov i rum pga. av inläckande uteluft genom klimatskärmen. Följande antas i beräkningarna; torr värmeöverföring, temperaturverkningsgrad η = 80 % vid flödesbalans, ingen avfrostningsfunktion. 20

21 Tabell 1 Värmeeffektbehov pga. obalans i till- och frånluftsflödena. T till 19 ⁰C, T från 22 ⁰C Luftflöden Temperaturer (⁰C) Värmeeffekt (W) Ökat effektbehov T ute = -5 ⁰C (l/s) Q från Q till T evvx T avl EVB VÅV rum (W) Luftflödesbalans ,6 0, % ,3 0, % ,9 1, % ,2 2, % ,3 4, ,0 1) 5,2 1) ) Om värmeåtervinningen kan styras mot T evvx = 19,0 ⁰C T till 19 ⁰C, T från 22 ⁰C Luftflöden Temperaturer (⁰C) Värmeeffekt Ökat effektbehov T ute = -15 ⁰C (l/s) Q från Q till T evvx T avl (W) EVB VÅV rum (W) Luftflödesbalans ,6-7, % ,5-7, % ,4-6, % ,1-4, % ,7-2,3 0 19,0 1) -1,8 1) När till- och frånluftsflödena är i balans och när tilluftsflödet är 95 % av frånluftsflödet är det ökade värmebehovet i rummen litet, men vid större obalans, 70 % tilluftsflöde i förhållande till frånluftsflöde (dåligt injusterad ventilationsanläggning) ökar värmebehovet i rummen kraftigt. Vid T ute = -15 ⁰C ökar värmebehovet med 490 W, pga. uteluft som läcker in i rummen, vilket är ca 40 % av den installerade värmeeffekten. Lyckas man hålla innetemperaturen i byggnaden beror på vilken typ av värmesystem man har installerat och om det är överdimensionerat. Vid luftvärme som skall man bära ut 40 % mer värmeeffekt vid obalans med 70 % av tilluftflödet, vilket gör att temperaturhöjningen måste bli dubbelt så stor, en kritisk fråga är frågan om det över huvud taget är möjligt att värma byggnaden. Orsaker till att man kan erhålla luftflödesobalanser har tagits upp i kapitlet

22 3.3.2 Luftflödesbalansens betydelse för lägenhet i större flerbostadshus Lägenhet i ett större lamellhus, figur 6, med samma specifika lufttäthet, q 50, som föregående exempel ger: q 50 = 0,09 l/s,m 2 ger Q 50 = 0,09 * 48 = 4,3 l/s q 50 = 0,30 l/s, m 2 ger Q 50 = 0,30 * 48 = 14 l/s Lägenhet i ett större flerbostadshus erhåller mindre formfaktor, A om / golvytan. Detta gör att Q 50 blir mindre för lägenheten och värmeeffektbehovet kommer inte att öka lika mycket i lägenheten, som för ett radhus (kap.3.3.1). Däremot finns risken för stora under- eller övertryck om det är för stor obalans på luftflödena. Figur 6 Skiss över lägenhet i större flerbostadshus med 48 m 2 area mot uteluften 22

23 Figur 7 visar motsvarande resultat som i figur 3, men formfaktorn för lägenheten är betydligt mindre, 0,5, jämfört med radhusets formfaktor 3. Orsaken är den betydligt mindre omslutningsarean, A om, mot uteluften. Vid fullständig balans mellan till- och frånluftsflödena erhålls Q läck = 0,3 l/s vid en lufttäthet på 0,09 l/sm 2 (4,3 l/s) och 1,0 l/s vid lufttäthet 0,30 l/sm 2 (14 l/s). Vid en normal luftflödesbalans 0,90 0,95 blir Q läck = 0,0016 0,0064 l/s för tätheten 0,09 respektive 0,05 0,18 l/s för tätheten 0,30 l/sm 2. Det vindtrycksdrivna läckluftflödet för lägenheten i flerbostadshuset blir vid normal luftflödesbalans, 0,90 0,95, mycket liten. Figur 7 Läckluftflöde (enligt ekv.2) vid olika lufttäthetsnivå och tilluftsflöden 23

24 Figur 8 redovisas över- respektive undertryck och dess beroende av tilluftsflödet. Vid lufttäthet enligt FEBY12-krav erhålls stora under- respektive övertryck om luftflödesbalansen är mycket mindre än 0,85. För tätheten q 50 = 0,09 l/sm 2 får man problem att öppna dörrar, när luftflödesbalansen är mindre än 0,90, vilket är en normal luftflödesbalans vid injustering av ventilationssystem. Mao. lägenheter med en lufttäthet runt 0,10 l/sm 2 är injusteringen av ventilationssystemet mycket viktig annars kan man erhålla problem med under- eller övertryck. Lufttäthetskravet enligt FEBY12 q 50 = 0,30 l/sm 2 och en normal luftflödesbalans på 0,90-0,95 ger ett undertryck på 3-8 Pa och ett mycket litet Q läck. Se figur 7. Figur 8 Luftflödesobalansens påverkan på över- respektive undertryck i byggnad/ lägenhet. (Exponenten från provtryckningsprotokollet är använd för att ta fram diagrammet.) 24

25 3.3.3 Varför kan man erhålla luftflödesobalans Luftflödesbalansen kan påverkas av mätfel, ljudproblem som gett felaktigt injusterade luftflöden, luftens temperaturberoende egenskaper, etc. Vad beror fel balans i luftflödena på och hur påverkas luftflödena? Det finns olika mätmetoder för att mäta luftflöden med bl.a. tratt över donet, påsmetoden, definierad tryckdifferens på donet, hastighet i kanal före donet. Alla metoderna har sina praktiska förutsättningar med för- och nackdelar. Vid mätning av tryckdifferens eller hastighet i kanal finns krav på raksträckor före, för att kunna mäta med en viss noggrannhet. Krav som kan vara svåra att uppfylla. Man erhåller av någon anledning för mycket ljud från tilluftsdonen och för att minska ljudet injusterar man med mycket låga tryckfall över tilluftsdonen, vilket gör att mättrycket blir mycket lågt, mätfelet större samt instabilare system. I värsta fall avslutas injusteringen med att sänka tilluftsfläktens varvtal ytterligare lite till, för att få ner ljudet från tilluftsdonen, så att man får godkänd ljudnivå i rummen. Det finns de som tror/påstår att injusteringen inte har så stor betydelse i Passivhus. Byggarna är mycket duktiga på att bygga lufttäta hus (helt täta), så ventilationsluften måste på något sätt gå förbi ventilationsvärmeväxlaren. Påverkan på luftflödena pga. lufts fysikaliska egenskaper. (Överslagsberäkningar på luft egenskaper nedan använder Colebrookes ekvation, Affinitetslagarna, Allmänna gaslagen samt ekvationer för lufts egenskaper, hämtade från App. E i avhandlingen [Blomberg 1999]. Vid luftvärme påverkas luftens densitet och tryckfallet i tilluftssystemet. 50 ⁰C luft har 10 % lägre densitet än 20 ⁰C luft, 10 % högre dynamiskt tryck och tryckfallet i tilluftsystemet ökar med %, för 50 ⁰C luft, vilket sänker tilluftsflödet med upp till 5 % beroende på hur stor del av tryckfallet som kommer från delen av kanalsystemet med övertempererad luft. Data för hur olika don fungerar i luftvärmesystem med övertemperad luft saknas. Hur egenskaperna varierar med varierande tilluftstemperatur. Normalt har man båda fläktarna sugande, se figur 2 sid 17, för att få jämnare luftströmning över VVX etc. Detta innebär att tilluftsfläkten sitter varmt och frånluftsfläkten kallt på vintern. Konstant varvtal på fläktarna innebär frånluftsflödet varierar med densiteten på luften och på vintern kan tryckuppsättningen från frånluftsfläkten öka med %, pga. densitetsskillnaden, vilket ökar frånluftsflödet genom frånluftsdonen med 5-7 %. Styr fläktarna på inkommande luftflöde i fläktarna blir frånluftsflödet från lägenheten ytterligare lite större pga. densitetsskillnaderna. 25

26 3.3.4 Spiskåpa och spisfläkts påverkan på luftflöden och tryck Spiskåpans påverkan på luftflöden och tryck analyseras för en lägenhet i ett större flerbostadshus. Spiskåpan har en volymdel med ett grundflöde på 10 l/s samt forceringsflöde på l/s, för att erhålla en godtagbar uppfångningsförmåga av matos och fukt. Med erfarenhet från kapitel inser man att man måste få in ersättningsluft (mer tilluft/uteluft) exempelvis med att öppna köksfönstret 1 cm, för att inte få stort undertryck i lägenheten, lägre forceringsflöde etc. I kapitel finns mätserie redovisad på en lägenhet som har Q 50 = 34 l/s, dvs. något högre än radhuslägenheten tidigare i kapitel För att i mer detalj analysera vad som händer i en lägenhet med litet läckluftflöde när man forcerar spiskåpan kan man sätta ekvationer för flöde och tryck för tilluftsflöde, frånluftsflöde med och utan forcering av spiskåpan samt ekvationen för lägenhetens läckluftsflöde Q 50. Då det endast kommer att ta några sekunder för flöden och tryck att stabilisera sig vid en forcering kan man sätta upp en statisk modell där summa massaflöde till och från lägenheten är noll och resultatet av beräkningen blir undertrycket i lägenheten och de tre flödena: tilluft, frånluft samt läckluft genom fasaden. Egna sådana beräkningar verifierades med de mätningar som redovisas i figur 9, sid 28. Man kan på liknande sätt göra detta även när man har spisfläkt med imkanal till det fria, men man får se till att ekvationerna tillåter att frånluftsflödet kan vända. Om spisfläkten är för stark i förhållande till undertrycket i frånluftssystemet blir frånluftssystemet ett andra tilluftssystem. Se figur 10, sid 29, där en mätning på en spisfläkt i en provlägenhet redovisas och spisfläkten var så stark att den skapade ett undertryck på 80 Pa i provlägenheten och frånluftssystemet hade ett undertryck på 70 Pa. Det bästa är om man kan erhålla en godtagbar uppfångningsförmåga av matos och fukt med en spiskåpa med volymdel. Man bör undersöka möjligheten att ha en lite större volymdel för att erhålla en godtagbar uppfångning för matos och fukt samt höja spiskåpan något för att har god åtkomlighet av kastruller etc. på spisen. En annan lösning är kolfilterfläkt, som inte påverkar luftflödesbalansen, men den tar inte heller bort den ökade fuktbelastningen vid matlagning. Det råder delade meningar om man skall tillåta kolfilterfläktar i nyproduktion av bostäder eller inte. Kolfilterfläkten borde kunna vara ett alternativ om man kan visa att den ökade fuktbelastningen vid matlagning ej utgör en fuktrisk för byggnaden. 26

27 Mätningar i lufttät provlägenhet Hösten 2010 utfördes installationstekniska mätningar i en lufttät provlägenhet byggd i ett gammalt bussgarage. Provlägenheten fick vid täthetsprov q 50 = 0,10 l/s,m 2, Q 50 = 34 l/s. Lägenheten hade samlingskanal för till- respektive frånluft, som tryckstyrdes till överrespektive undertryck på 70 Pa. För ändamålet användes ett villaaggregat (Flaktwoods RDAR) som byggdes om till tryckstyrning. EC-fläktarna styrdes med extern spänningssignal från två Micatrone PFT. (Övertrycket i tilluftens fördelningskanal resp. undertrycket i frånluftens samlingskanal.) Spiskåpor, spisfläktar och deras påverkan på luftflöden och tryck I provlägenheten kunde spiskåpor och spisfläktars påverkan på luftflöden och tryck mätas upp utan andra yttre störningar, för att verifiera tidigare beräkningar. Figur 9 visar mätningar på spiskåpa med olika sätt att få in ersättningsluft. De olika strecken i flödesdiagrammet visar när spiskåpan var forcerad, när fönstret var öppet 1 cm, när extra forceringsdon på tilluften (20 l/s) är i drift. Det understa diagrammet visar trycket i lägenheten respektive till- och frånluftskanal. Det man kan se är att det fungerar med att ersätta del av forceringsflödet för spiskåpan. Spiskåpeforcering 30 min/ dygn påverkar inte energiprestandan nämnvärt. Figur 10 visar när en spisfläkt gick på läge 1-4 och hade egen imkanal till det fria. Notera att på läge 4 var spisfläkten, så stark att undertrycket i lägenheten blev 80 Pa och frånluftsflödet blev -10 l/s. Dvs. provlägenhetens frånluftssystem blev ett andra tilluftssystem. 27

28 Spiskåpa, Franke F Figur 9 Mätningar av tryck och luftflöden på spiskåpa Beskrivning av mätsekvens för spiskåpan med kommentarer om tryck och luftflöden. Grundflöde spiskåpa är trycket i lägenheten 0 Pa i förhållande till omgivningen, tilluftsflödet TF 40 l/s, frånluftsflödet FF 40 l/s varav grundflöde spiskåpa 10 l/s. Forcering spiskåpa utan ersättningsluft: -15 Pa, TF 45 l/s, FF 55 l/s, spiskåpa 35 l/s. Forcering spiskåpa med fönster på glänt: 0 Pa, TF 40 l/s, FF 60 l/s, spiskåpa 39 l/s. Forcering spiskåpa med forcering tilluft 20 l/s: -2 Pa, TF 60 l/s, FF 60 l/s, spiskåpa 38 l/s. Grundflöde spiskåpa med forcering tilluft 20 l/s: +12 Pa, TF 52 l/s, FF 41 l/s, spiskåpa 10 l/s. Av mätningen ovan kan man dra följande slutsatser: Om man inte öppnar ett fönster eller har forcering av tilluften erhåller man ett undertryck i lägenheten. Har man extra forceringsdon på tilluften och den fastnar i öppet läge erhåller man övertryck i lägenheten, när spiskåpan inte är forcerad. 28

29 Spisfläkt Siemens med 4 hastigheter Figur 10 Mätningar av tryck och luftflöden på spisfläkt med 4 hastigheter. Spisfläkten har egen imkanal till det fria. Andra halvan av testsekvensen är beskriven då första halvan hade problem med veckad slang mellan spisfläkt och imkanal, pga. av överlängd på slangen. Se tabell 2 nedan. Tabell 2 Fläkthastighet Beskrivning av mätsekvens för spisfläkt med tryck och luftflöden. Tryck lgh, [Pa] Frånluftsflöde, [l/s] Imkanalsflöde, [l/s] Tilluftsflöde, [l/s] Spisfläktar kan skapa stora undertryck i lufttäta lägenheter och kraftigt störa till- och frånluftsflödena. 29

30 3.3.5 Tryckstyrd ventilation med felaktigt referenstryck Tryckstyrning av fläktar är ett sätt att försöka ha mer konstata förhållanden för ventilationen. Luftflödet påverkas inte när exv. tryckfallet över filtren ökar vid försmutsning. Exempelvis kan man styra tilluftsfläkten att ha ett övertryck på 100 Pa relativt ett referenstryck, vilket ofta är trycket i fläktrummet och frånluftsfläkten styr på att ha 100 Pa undertryck relativt referenstrycket i fläktrummet. Om det är en tryckdifferens mellan fläktrummet och ute, dvs. att man har ett större frånluftsflöde än tilluftsflöde till fläktrummet, så kommer fläktrummet att erhålla ett undertryck som läggs till det tryck man styr till- och frånluften på. Detta gör att till- och frånluftsflödena påverkas och man erhåller ett större undertryck i lägenheterna och mer luft läcker in genom fasaden. För att ta reda på hur mycket detta är kan man göra överslag på liknande sätt, som vid analys av spiskåpans påverkan på tryck och flöde i föregående kapitel. Figur 11 Schematisk skiss på byggnad med tryckstyrd ventilation med tryckgivare på tilloch frånluften i fläktrummet. 30

31 3.3.6 Påverkan av luftflödesobalansen Vid olika nivå på undertryck i lägenheterna ökar även risken för luktspridning mellan lägenheterna via el och kabelrör, men även via skyddsrör vid rör-i-rör-system eller andra otätheter i konstruktionen. Vid fönstervädring nollas tryckdifferensen mellan fönstervädrande lägenhet och omgivningen. Spiskåpa/ spisfläkt ökar frånluftsflödet och undertrycket i lägenheten. Mätdata finns redovisat i, kapitel 3.3.4, figur 9 och 10. I kapitlet togs temperaturskillnader i tilluftsystem (övertempererad tilluft) och temperaturen på från-/avluften i frånluftsfläkten upp. Båda dessa kan ha en påverkan på luftflödesbalansen på runt 5 % vardera. I figur 8 ses att på luftflödesbalansen 0,95 (38 l/s) i frånluftsflöde och den specifika tätheten 0,09 erhålls 15 Pa undertryck. På vintern kommer avluftens temperatur att vara kall och frånluftsflödet kommer att öka med i storleksordningen 5 %. Vilket då överslagsmässigt skulle bli 45 Pa undertryck enligt figur 8, men när man har så stora undertryck kommer till- och frånluftsflödena att påverkas. De termiska stigkrafterna kommer även att påverka luftflödena. Hur mycket luftflödena kommer att påverkas beror av var och hur läckorna är fördelade, hur ventilationssystemet är dimensionerat, etc. Ytterligare utredningar kan behövas för att kvantifiera de termikens betydelse för mycket lufttäta byggnader. Figur 12 Exempel på storleksordningen på termiken 31

32 3.3.7 Fuktstyrning på mindre ventilationsaggregat med rotor Fuktavgivningen i lägenheter skapar ibland fuktåterföring från frånluften till tilluften när man använder rotor-värmeväxlare. När det är riktigt kallt ute kan rotor-värmeväxlaren ge för hög fuktåterföring. Detta gäller främst mindre ventilationsaggregat, för villor och lägenheter. Prof. Lars Jenssen vid LTH, Avd. Installationsteknik har analyserat och skrivit en del om detta. För att inte få problem med fuktåterföringen har en del mindre ventilationsaggregat utrustats med fuktstyrning, som minskar värmeåtervinningen genom att sänka varvtalet på rotorn. Större ventilationsaggregat som betjänar många lägenheter har inte samma problem med fuktåterföring, då man erhåller en sammanlagring mellan lägenheterna och en utjämning av luftfuktigheten Brandgasspridningens påverkan på dimensioneringen Vid design av ventilationssystemet måste man även designa kanalsystemet för att begränsa brandgasspridningen till de andra lägenheterna. Efter en timme skall de andra lägenheterna i byggnaden max ha erhållit 1 % brandgaser i lägenheten. I lägenheten som brinner skall man räkna med ett övertryck på upp till 1500Pa. 32

33 3.4 Värmeavgivning från ventilationskanaler Ventilationskanaler med medietemperatur som avviker från omgivningens temperatur Ute- och avluftskanaler Värmeförlusterna till ute- och avluftskanaler kan vara mer än 10 % av installerad värmeeffekt i energieffektiva småhus om de kanalerna inte är mycket korta. Man bör även kontrollera värmeförlusterna för utelufts- och avluftsdelarna av ventilationsaggregatet, som inte är försumbara. Se exemplen i figur 13, sid 34. Utelufts - och avluftskanalerna mellan klimatskärmen och ventilationsaggregatet har värmeförluster. Finns brister i kondensisoleringen kan fukt under vintern kondensera på de kalla utelufts- och avluftskanalerna. Det förekommer att överskåp har blivit förstörda av kondensvatten från uteluftskanalen eftersom de ibland placerats i utrymmet mellan innertak och överskåpen i köket. Fuktrisken med kalla utelufts- och avluftskanalerna kan minskas med korta kanaler, noggrant isoleringsarbete och bra utförda detaljer. Korta kanaler innebär också att värmeförlusterna minskas. Man kan kortfattat säga att man skall minimera kanallängderna på kanaler, som har en temperatur som avviker från omgivningens temperatur. I tabell 3 nedan kan vi se exempel på vilka värmeförluster man kan erhålla för ute- och avluftskanaler mellan klimatskärmen och ventilationsaggregat. Tabell 3 Exempel: Beräkning av värmeförluster för ute- och avluftskanaler 125 mm ventilationskanal Temperatur i 50 mm isolering 100 mm isolering Uteluftskanal kanalen -15 ⁰C 12 W/m 8 W/m Avluftskanal -7 ⁰C 10 W/m 6 W/m I ett exempel med 6 m uteluftskanal och 6 m avluftskanal erhåller man 130 W värmeförluster med 50 mm isolering på ventilationskanalerna, vilket är % av dimensionerande värmeeffekt för ett energieffektivt radhus. 33

34 För att visa betydelsen för värmeförluster till kalla kanaler och aggregatdelar redovisas beräkningar i figur 13. Figur 13 visar de två exemplen med T ute = -5 C respektive -20 C med och utan hänsyn till värmeförluster till kalla kanaler och kalla delar av ventilationsaggregatet. I båda fallen ovan är värmeväxlarens torra temperaturverkningsgrad 80 % och luftflödesbalans. Teoretiskt utan hänsyn till värmeförluster är verkningsgraden på till- och frånluftssidan 80 % / 80 %. Tar man hänsyn till värmeförlusterna i de kalla delarna blir temperaturverkningsgraderna för ventilationsaggregatet med av- och uteluftskanalerna vid T ute = -5 C, 82 % respektive 68 % T ute = -20 C, 81 % respektive 70 % Figur 13 Två exempel på temperaturnivåer i ventilationssystem med och utan hänsyn till värmeförluster till kalla ventilationskanaler och kalla ventilationsaggregatdelar. Värmeförlusten i exemplet ovan är vid T ute = -5 C, 136 W respektive vid T ute = -20 C, 183 W. Har man en installerad värmeeffekt på 1200 W motsvarar de värmeförlusterna på de kalla kanaldelarna 15 % av den installerade värmeeffekten. Problematiken med stora värmeförluster in i ute- och avluftskanaler gäller speciellt för ventilationsaggregat för små luftflöden, som har mycket hölje i förhållande till luftflöde (vilket är proportionellt mot golvarea/a temp ). 34

35 3.4.2 Värmeförluster från tilluftskanaler vid luftvärme Vid uppvärmning med tilluften och oisolerade tilluftskanaler med design enligt figur 14, nedan, kommer en mycket liten del (33 %) av värmeeffekten fram till tilluftsdonet, vilket ska jämföras med om tilluftskanalerna är isolerade med 50 mm mineralull, då 89 % av värmeeffekt kommer fram till tilluftsdonet. Figur 14 Layout på tilluftssystemet för beräkning av temperturfall i luftvärmesystem Om man värmer med tilluften är det viktigt att man har isolerade tilluftskanaler annars kommer man inte att få fram värmeeffekten till de rum som behöver den. Enligt beräkningar redovisade i tabell 4, sid 36, tappar man för det oisolerade kanalsystemet 15 % av värmeeffekt innan tilluften i kanalsystemet har lämnat badrummet. Ytterliggare 50 % tappar man i hallen och 33 % av värmeeffekt är kvar när man når fram till rummen. Med 100 mm isolering på kanalsystemet når ca 92 % av värmen fram till rummen och med 50 mm isolering når 89 % av värmen fram till rummen. Kanalsystemet skall dras inom klimatskärmen annars blir temperaturfall och värmeförluster mycket större samt byggnadens täthet försämras genom ett antal extra kanalgenomföringar. 35

36 Tabell 4 Värmeförluster och temperaturer för ett tilluftssystem med övertempererad tilluft med olika mängd isolering. Isolering 0 mm 50 mm 100 mm Dim Flöde Area Hast Längd Ttill Bad ,23 3, ,4⁰C 189W 46,6⁰C 19W 46,7⁰C 12W Hall ,23 1, ,5⁰C 319W 45,1⁰C 38W 45,7⁰C 25W Hall ,79 1, ,9⁰C 69W 43,9⁰C 15W 44,9⁰C 10W Sov Tdon 28,9 33% 43,9 89% 44,9 92% Det kan vara svårt att få plats med så mycket isolering som 100 mm på tilluftssystemet ovan undertak, men man får se till att man kan ha åtminstone 50 mm med isolering. En tilluftskanal med 50 mm isolering behöver ungefär 100 mm extra höjd ovan undertak än en oisolerad tilluftskanal och en tilluftskanal med 100 mm isolering behöver ca 200 mm mer höjd. En korsande frånluftskanal ger behov av ytterligare utrymme. Vid luftvärme har man gett tilluftssystemet dubbla funktioner, dvs. tillföra uteluftsflöde till rummen och tillföra värme för att kompensera för de värmeförluster man har i rummet, måste man dimensionera luftflödena, så att ventilationssystemet klarar av att bära fram värmen till de olika rummen. Vid centralt ventilationsaggregat skall tilluften värmas till ⁰C, och sedan eftervärma tilluften i lägenheten. Detta för att minimera distributionsförlusterna samt spara isoleringskostnad och utrymme. Använder man elektrisk eftervärmare kan man sätta en eftervärmare (liten elradiator) under varje tilluftsdon eller inbyggd i tilluftsdonet och spara isoleringskostnad samt utrymme för tilluftssystemet i lägenheten. Detta ger även en individuell reglering av eftervärmningen i varje rum. 36

37 4 Installationssystemens funktion när det är kallt ute 4.1 Mollierdiagram VVX, avfrostning och förvärmning av uteluft Den uppfuktning man har av luften i bostäder på grund av hygien, tvätt, matlagning, etc. ökar luftens absoluta fuktinnehåll relativt uteluften. Hur stor uppfuktningen blir är beroende på vilka och hur många, som bor i lägenheterna? Pensionärer, barnfamiljer etc. Här är valt att räkna med 3 g/kg i fukttillskott, vilket är i övre delen av 1,7-3,3 g/kg (2-4 g/m 3,) av detta spann som man brukar räkna med. (1 m 3 luft väger 1,2 kg vid 20 C, 1 atm tryck och 1,29 kg vid 0 C.) Det är stor variation uppfuktningen av rumsluften mellan lägenheter och för ett centralt ventilationsaggregat erhålls en utjämning. Luftens förmåga att innehålla vattenånga är starkt temperaturberoende och ökar med ökad temperatur samt minskar med sjunkande temperatur. I figur 15, sid 38, kan man se att -15 C luft kan vid fuktmättnad innehålla 1 g fukt/kg luft, 0 C luft 3,8 g/kg och 15 C luft 10,7 g/kg. I ventilationsaggregat med till- och frånluft med värmeåtervinning, kommer under den kalla årstiden frånluftstemperaturen att sjunka när den passerar värmeåtervinningen och den värme frånluften avger upptas av tilluften som ökar tilluftens temperatur. När frånluftstemperaturen närmar sig daggpunkten kommer fukt i frånluften börja kondensera i värmeväxlaren och om avluften erhåller en temperatur vid noll är det risk att det fryser i värmeväxlaren. För att undvika att värmeväxlaren blir en isklump finns det olika typer av avfrostningsfunktioner med olika komplexitetsgrad och kostnad. Avfrostningsfunktionen begränsar värmeåtervinningen samt kostar värmeenergi samt gör att man behöver betydligt mer installerad värmeeffekt för att kompensera för den lägre återvinningsgraden när det är kallare än exempelvis -5 ⁰C. Förvärmning av ventilationsluften med en lågtemperad värmekälla, exv. borrhål, reducerar behovet att eftervärma tilluften. Det förkommer att man använder fjärrvärmereturen för att förvärma uteluften, men man får analysera hur det slår på fjärrvärmetaxan. Speciell hänsyn till frysrisken måste tas. I samtliga fall nedan räknas med att fukttillskottet i lägenheten är 3 g/kg luft och timme. I figur 15, sid 38, redovisas vad som händer i ventilationsaggregat utan förvärmning. 1 uteluft, 1-2 förvärmning av uteluften vilken är noll, 2-3 VÅV till tilluften, 3-4 eftervärmning, 4 tilluftstemperatur 19 ⁰C, 5 frånluftstemperatur 22 ⁰C, 5-6 VÅV ur frånluften. 37

38 Den högra figuren visar begränsning av avfrostningsfunktionen VÅV så att avluftstemperaturen 6 är varmare än 0 ⁰C, vilket gör att den återvunna värmen 5-6 till 2-3 är begränsad och mer eftervärme 3-4 krävs. Det luftflöde som energierna är beräknade för i figur 15 och 16 är 40 l/s. Figur 15 Mollier-diagram över vad som händer i ett ventilationsaggregat med balanserade flöden och där ventilationsaggregatets avfrostningsfunktion begränsar VÅV, så att avluften är över 0 ⁰C. Ingen förvärmning i detta fall dvs 1 är lika med 2. (1:an ligger under linjen 2-3). Jmf eftervärmningsbehovet 3-4 till höger med 3-4 i figur 17, nedan. (Figurerna är uppritade med Mollier sketcher 2.1b) Figur 16 redovisar vad som händer i ett ventilationsaggregat om man har möjlighet att förvärma ventilationsluften med en lågtemperad värmekälla, exempelvis borrhål. Lite beroende på hur hårt belastat borrhålet är kan man eventuellt förvärma uteluften till -5 ⁰C och då kan värmeåtervinningen (VÅV) gå på max utan risk för påfrysning etc. Eftervärmningsbehovet av värme på en högre temperaturnivå minskar rejält. 38

39 Även vid en utetemperatur på -5 ⁰C bidrar förvärmning med att minska behovet av eftervärme. På sommaren finns möjlighet att kyla inkommande uteluft och få en liten kyleffekt till byggnaden, dock inte speciellt stor, men tilluften känns sval. Fördelen med borrhålsvatten är att man får en låg energikostnad för förvärmning på vintern när värmen är som dyrast respektive förkylning på sommaren. Det kostar endast lite el till cirkulationspumpen för borrhålet. HSB har nyligen installerat denna lösning i flerbostadshus och kommer att följa upp och utvärdera funktionen under vintern 2013/14. Enligt Roland Jonsson HSB kostar denna lösning 100 kr/m 2 extra och kommer att spara 8 kwh/m 2,år samt en del av kostnaden för fjärrvärmeeffekt. Figur 16 Mollier-diagram med förvärmning 1-2 av uteluften med berg/ markvärme för att undvika avfrostningsfunktionen går in och begränsar VÅV. Detta är ett sätt att använda lågtemperad värme för att undvika avfrostningsfunktionen och spara på eftervärme av mer högvärd värme. (Figurerna är uppritade med Mollier sketcher 2.1b) 39